Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

RESEARCH OF INTERACTION TUNGSTATE SODIUM AND D-(+) – TARTARIC ACID IN WATER SOLUTIONS

Musaeva N.D. 1 Shakhverdiev Ya.Kh. 1 Akhmedov E.I. 1 Iskenderova K.A. 1 Mustafaeva A.L. 1 Nagieva E.Kh. 1
1 Baku State University
Методами поляриметрии, криоскопии и -метрии в широком интервале состава изучены изомолярные (в случае криоскопии -изомоляльные) серии (C_M= 0,1, 0,3, 0,5 и 0,7 моль/л) водных растворов вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты. Опытные кривые зависимостей величины угла вращения плоскости поляризации света(кривыеα_D^20=f(x)), понижения температуры замерзания (∆T_(зам.) ) и pH изомолярных (изомоляльных) водных растворов от состава сравнены с соответствующими кривыми, рассчитанными в предположении отсутствия взаимодействия между компонентами. На основании экспериментальных данных установлено, что в результате взаимодействия между вольфраматом натрия и D-(+)-винной кислотой образуется продукт присоединения с соотношением компонентов 1:1. Определены удельное вращение, зависимости понижения температуры замерзания и pHводных растворов от концентрации продукта присоединения. Установлено, что продукт присоединения является слабой комплексной кислотой. Оценена константа диссоциации кислоты.
Izomolyar series of water solutions of sodium tungstate and D-(+)-tartaric acid by polarimetry, cryoscopy and pH- metry methods in a wide interval of structure has been studied. Experimental curves describing the dependences of size of a rotation corner of a polarization-plane of light, falling of temperature of freezing and pH of izomolyar aqueous solutions on structure has been compared to the corresponding curves calculated in the assumption of absence of interaction between components. On the basis of experimental data has been established, that a result of interaction between sodium tungstate and D-(+)- tartaric acid forms a product of joining with a parity of components 1:1. Dependence of specific rotation, fall of temperature of freezing and pH of water solutions from concentration of product of joining are defined. It hasestablished, that the joining product is weak complex acid. The constant of dissosation of acid has been estimated.
cryoscopy.
polarimetry
sodium tungstate
D-(+)-tartaric acid

Введение

Исследованию комплексообразования междувольфраматом натрия и D-(+)-виннойкислотой было посвящено достаточное число работ,в которых авторы едины в том, что образуемое в растворе комплексное соединение с соотношением компонентов 1:1 диссоциируетна комплексный анион и ионы металла [3; 5-8]. Однако результаты этих исследований несколько противоречивы относительно состава анионного комплекса и зависимости величины заряда его от раствора.Так, например, в работе [5] методами кондуктометрии, потенциометрии и поляриметрии установлено, что в зависимости от раствора существуют следующие анионы, , . При имеет место распад анионного комплекса на вольфрамат и тартратионы.В работе же [3] дается вывод, что в области в растворе доминирует комплексный анион , а при в растворе преобладает комплекс состава . На основании криоскопических измерений [8] было установлено, что в водных растворах вольфрамата натрия и винной кислоты образуется комплексное соединение с соотношением компонентов 1:1, диссоциирующее на анион с зарядом -2. Кроме того, только две работы [6-7] посвящены исследованию этой системы методами поляриметрии, к тому же в этих работах отсутствуют данные по зависимости величины вращения плоскости поляризации растворовD-(+)-винной кислоты и вольфрамата натрия от состава и об удельном вращении образуемого в системе тартратовольфраматного комплекса. Следует отметить, что в работе [7] приведены удельные вращения растворов вольфрамата натрия и винной кислоты, однако они вычислены относительно концентрации винной кислоты, а не образуемого в растворе комплекса.

Полагаем, что продолжение работ по изучению водных растворов вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты различными методами физико-химического анализа вполне обоснованно.

Экспериментальная часть

В случае поляриметрических и -метрических измерений готовили растворы одинаковых молярностей вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты, которые в дальнейшем смешивали в определенных соотношениях в широком интервале состава. Для приготовления растворов были использованы бидистиллированная вода, вольфрамат натрия и D-(+)-винная кислота марки «ч.д.а.», дополнительно очищенные перекристаллизацией из водных растворов. Растворы готовили в мерных колбах на 50 мл, объемы которых были предварительно определены с точностью до ±0,01 мл при температуре 293,15±0,02К. Измерения величины угла вращения плоскости поляризации изомолярных растворов определяли на поляриметре СМ-2 с точностью ±0,020, а измерения растворов проводили на высокоомном потенциометре рН-673М, с точностью ±0,02 ед. рН. В случае криоскопических измерений готовили растворы отдельных компонентов одинаковых моляльностей в мерных колбах объемом около 100 мл, объемы которых также были предварительно определены с точностью ±0,02 мл при температуре 293,15±0,02К. Изомоляльные растворы компонентов в широком интервале состава готовили в специальных пробирках для криоскопических измерений. Криоскопические измерения проводили на приборе Бекмана с точностью измерения температуры ±0,002К.

Результаты исследования и их обсуждение

Методами поляриметрии, криоскопии и -метрии в широком интервале состава нами были изучены изомолярные (в случае криоскопии - изомоляльные ) серии (0,1, 0,3, 0,5 и 0,7 моль/л) квазибинарной системы вольфрамат натрия - D-(+)-винная кислота. На рис.1 представлена оптическая активность изомолярных растворов .

для статьи рисунок 1.jpg

Рис.1. Оптическая активность изомолярных растворов

(кривая 1), (кривая 2)

Как видно из рис.1, наблюдается значительное положительное отклонение опытных величин угла вращения плоскости поляризации растворов (кривая 2) от значений, рассчитанных в предположении отсутствия взаимодействия между компонентами (кривая 1), которые были вычислены с помощью соотношения зависимости величины вращения водных растворов от концентрации D-(+)-винной кислоты [1]:

, (1)

где - число граммов оптически активной винной кислоты в 100 мл раствора.

На кривой зависимости величины угла вращения изомолярных растворов (кривая 2, рис.1) и кривой отклонения опытных величин угла вращения от расчетных (кривая 2, рис.2, ) наблюдается четко выраженный максимум при соотношении компонентов 1:1. Диаграммы оптической активности других изомолярных серий аналогичны диаграмме, представленной на рис.1 для изомолярных растворов вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты. Таким образом, характер кривых и (рис.2) для различных изомолярных серий вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты не зависит от концентрации компонентов в растворе, что находится в согласии с результатами работы [4] для изомолярной серии с концентрацией (кривая 5, рис.2).

для статьи рис2.jpg

Рис.2. Отклонения величины вращения изомолярных растворов отрасчетных

в квазибинарной системе(растворитель-вода, Т=293,15К)

(кривая 1), (кривая 2), (кривая 3),

(кривая 4), (кривая 5)

Максимальные значения относительного отклонения величин угла вращения раствороввольфрамата натрия и D-(+)-винная кислоты с соотношением компонентов 1:1 для различных изомолярных растворов близки друг к другу .

Рисунок1.jpg натрий вольфрамат -винная кислота m=0,3 молькг.jpg

Рис.3. Криоскопическая диаграмма изомоляльных растворов вольфрамата натрия и

D-(+)-винной кислоты

На рис.3 представлена криоскопическая диаграмма изомоляльных растворов вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты . Как видно из рис.3, наблюдается значительное уменьшение понижения температуры замерзания этих растворов (кривая 2) по сравнению со значениями, рассчитанными в предположении отсутствия взаимодействия между компонентами, но с учетом тех изменений, которые претерпевают каждый компонент в отдельности в водном растворе (кривая 1).Понижения температуры замерзания изомолярных растворов в предположении отсутствия взаимодействия между компонентамирассчитывались с помощью следующих соотношений [1]:

, (2)

где дается уравнением зависимости понижения температуры замерзания водных растворов от концентрации вольфрамата натрия .

(3)

и соответствующим уравнением для водных растворов D-(+)-винной кислоты

(4)

Максимум отклонения опытных данных по понижению температуры замерзания этих изомоляльных растворов от значений, рассчитанных в предположении отсутствия взаимодействия между компонентами (зависимость кривая 3, рис.3), также приходится на соотношение компонентов 1:1. Как и в случае оптической активности, криоскопические диаграммы других изомоляльных серий аналогичны диаграмме, представленной на рис.3.

для статьи рис 4.jpg

Рис.4.Отклонения опытных значений понижения температуры замерзания растворов от расчетных для изомоляльных растворов (растворитель-вода)

(кривая 1), (кривая 2),

(кривая 3) и(кривая 4)

Характер кривых и (рис.4) не меняется с концентрацией компонентов в растворе и указывает на то, что взаимодействие между компонентами идет до конца. Некоторая асимметрия кривых и должна быть связана с иррациональностью системы. Значительные уменьшения понижения температуры замерзания изомоляльных растворов должны быть связаны с уменьшением числа частиц в растворе за счет реакции присоединения

III III

Учитывая, что реакция практически идет до конца, можно рассчитать удельное вращение образуемого продукта присоединения, которое в отличие от удельного вращения D-(+)-винной кислоты в растворах слабо зависит от концентрации и может быть принято равным 99,8.

Не затрагивая здесь вопроса о зависимости заряда анионного комплекса от среды, отметим, что расчеты на основании полученных криоскопических данных позволяют с уверенностью сказать, что продукт присоединения III не диссоциирует на комплексный аниони ионы . Зависимость понижения температуры замерзания водных растворов от концентрации продукта (III) дается следующим соотношением:

, (5)

где - моляльность продукта присоединения. При соотношение (5) переходит в известное уравнение криоскопии для водных растворов , что свойственно для растворов неэлектролитов или соединений с очень слабой электролитической диссоциацией.

Если принять, что продукт присоединения диссоциирует на комплексный анион и ионы , что противоречит результатам криоскопии, то изомолярные растворы вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты при соотношении компонентов 1:1 должны были бы иметь или щелочную реакцию, или же близкую к нейтральной.Изучение изомолярных растворов вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты показало, что образование растворов сопровождается уменьшением концентрации ионов водорода по сравнению со значениями, рассчитанными в предположении отсутствия взаимодействия между компонентами, и для изомолярных растворов с соотношением компонентов 1:1 изменяется в интервале 3,3-4,0. Концентрация ионов водорода в указанных растворах в предположении отсутствия взаимодействия между компонентами будет определяться содержанием D-(+)-винной кислоты и дается следующим соотношением:

,(6)

где - молярность D-(+)-винной кислоты в растворе (моль/л).

Максимум отклонения концентрации ионов водорода от расчетных значений (кривые ,(рис.5) также приходится на соотношение компонентов 1:1.

Рисунок4 исправленное для статьи СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ....jpg

Рис.5.Отклонения концентрации водородных ионов изомолярных растворов от

расчетных значений в квазибинарной системе

Кривые для 0,1М (кривая 1), 0,3М (кривая 2), 0,5М (кривая 3), 0,7М (кривая 4) и

1М (кривая 5) изомолярных растворов.

Изучена зависимость водных растворов от концентрации продукта присоединения III, которая хорошо описывается уравнением

,(7)

где - молярность продукта присоединения III в растворе (моль/л).

Полученные результаты указывают на то, что продукт присоединения является слабой кислотой, оценка константы диссоциации которой дает значение.

Образуемый продукт присоединения III устойчив в водных растворах и в присутствии сильной кислоты . Как было показано в работе [2], продукт присоединения распадается на вольфрамат натрия и тартрат натрия по мере добавления в систему щелочи .

Таким образом, на основании полученных данных показано, что в водных растворах вольфрамата натрия и D-(+)-винной кислоты имеет место образование оптически активного продукта присоединения с соотношением компонентов 1:1, удельным вращением являющегося очень слабой кислотой с константой диссоциации , для которого также установлено уравнение зависимости понижения температуры замерзания водных растворов от концентрации его в растворе.

Рецензенты:

Масимов Э.А., д.ф-м.н., профессор, заведующий кафедрой «Строение вещества» физического факультета Бакинского государственного университета, г.Баку.

Бабанлы М.Б., д.х.н., профессор кафедры общей и неорганической химии химического факультета Бакинского государственного университета, г.Баку.